銜接大中學物理綜合素質教育模式的探究與實踐

陳宗強 陳 靖 劉松芬 李川勇

(南開大學物理科學學院，天津 300071)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》指出：深化教育體制改革，關鍵是更新教育觀念。要樹立系統(tǒng)培養(yǎng)觀念，推進中學、大學有機銜接，教學、科研、實踐緊密結合。

如何加強大中學物理教育的銜接，一直是困擾物理教育界的難題[1]。中學和大學教育理念的不同、中學強調學生被動接受知識的傳統(tǒng)模式和社會上對高考成績的單一追求等方面，導致了部分中學忽視對學生綜合素質的培養(yǎng)，因而高中生初入大學難以適應以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標的高校教學模式。另一方面，傳統(tǒng)的物理教學活動多立足于提高學生某些方面的能力，不能全面培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、交流合作等物理綜合素質，因而建立有效銜接大中學物理綜合素質教育模式這一問題越發(fā)凸顯出來。

為實現(xiàn)大中學物理教育的有效銜接，南開大學物理科學學院經過多年的研究探索，提出了整體化的教育教學設計，在國內率先形成了獨特的物理綜合素質教育模式，其教學效果得到了國內大中學的認可，該教育模式被廣泛采納、實施。

1 銜接中學-大學物理綜合素質培養(yǎng)模式的發(fā)展歷程

1.1 模式的設計

物理往往給人以枯燥無味，晦澀難懂的印象，因此激發(fā)學生興趣是模式改革的第一步。其次，如何在一個教育模式中全方位地培養(yǎng)學生的物理綜合素質是重點探討部分。最后，一個教育模式如何能同時適用于大中學教育，并能交流互促，是該模式的主要評價標準。

南開大學物理科學學院經過多年的調研和探索，于2007年首次代表中國觀摩國際青年物理學家錦標賽(International Young Physicists’ Tournament，IYPT)時，發(fā)現(xiàn)其教學理念與我們的培養(yǎng)目標十分契合[2]。表現(xiàn)在從解決實際物理問題入手，學生在一年內組隊研究，最后各隊就這些相同的物理問題，以學術匯報的形式現(xiàn)場交流和辯論，并由5～7名裁判老師給予打分和評價。這一活動正好鍛煉了學生的物理綜合能力，因此2008年我們吸收了該錦標賽對學生的培養(yǎng)理念，提出了適合中國國情，并能有效銜接大中學物理綜合素質培養(yǎng)的教育模式。

首先，以身邊存在的各種有趣的物理問題作為教學內容，能有效地激發(fā)學生興趣。其次，學生在解決問題的過程中需要團隊合作研究，自主地從理論和實驗兩方面進行探究性學習，最后進行辯論式考核，甚至制作相關的教學模具和發(fā)表教學論文。這一過程全面鍛煉了學生研究性學習能力、解決實際問題能力、團隊合作能力、表達與交流能力、科學鉆研精神、社會責任感、物理專業(yè)素養(yǎng)、英語能力、國際化視野和科學前瞻性等素質，實現(xiàn)了一個教育模式能全面地培養(yǎng)學生的物理綜合素質。最后，由于題目的開放性，學生只需具備基本物理知識即可利用身邊器具進行實驗研究。大學生和中學生的區(qū)別也只在于不同的研究方法、研究深度、研究廣度而已。隨著知識的增長和深入，學生能明顯發(fā)現(xiàn)自己在同一問題中研究水平的提升，有利于學生繼續(xù)學習、持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)了大中學教學內容的“整體化”與“聯(lián)動性”，學生綜合素質的多元立體培養(yǎng)。

另一方面，由于研究題目相同，開放性強、無標準答案，因此可建立物理學術競賽形式的交流平臺，讓學生以學術辯論的形式展示研究結果，在質疑和評價中探討結果的正確性，教師根據學生的研究工作和現(xiàn)場展示給予評價和建議。同時，易實現(xiàn)大中學交流平臺的互融，促進大中學師生的共同進步。

綜上所述，以“物理學術競賽”(Physics Tournament-PT)為載體的“南開大學物理綜合素質教育模式”的設計已能有效地銜接中學-大學物理綜合素質的培養(yǎng)。

1.2 模式的教學實施過程

教育模式的培養(yǎng)周期為一年，分4個階段完成。

1.2.1 啟動階段

每年7月，南開大學參考IYPT國際組委會公布的17道開放性物理題目[3]，向學生公布研究內容，并通過宣講動員、題目解讀等方式調動學生積極性，學生進入初步調研階段。

1.2.2 探究式學習階段

同年10月份，學生開始自由組隊(鼓勵學生跨年級、跨學科組隊)，近一年內利用課余時間合作完成全部題目的研究[4]。期間，學生作為主導者和實施者要自主學習相關物理知識、查閱科研文獻、建立理論模型、設計實驗裝置、處理實驗數據、歸納研究結果、形成研究結論，完成全部研究過程。

值得指出的是，由于題目沒有標準答案，學生在研究過程中會遇到各種問題，即使同一問題也需多次建立理論模型，設計實驗方案，甚至有推到重來的現(xiàn)象。如題目“怎樣使用非侵入的方法知道雞蛋的生熟程度”，學生提出了“雞蛋旋轉法” “光源照射法”“X光掃描法”等方法。不同方案各有利弊，學生需要經過研究與探索實時調整推進。而且研究內容包含理論和實驗，需要團隊合作，實時交流，內容整合，共同完成。這一完整的學習探究主線過程有效地鍛煉了學生的物理綜合素質。

這一階段學生是主導者，教師只是啟發(fā)者和引導者，通過開設IYPT-物理學習新思路、基本學術能力訓練和物理研討等課程向學生提供課程支撐，并利用課下定期交流等方式進一步指導學生解決實際物理問題的方法和思路。反之，綜合性的研究內容也需要教師不斷學習進步。因此這種教育模式能有效地實現(xiàn)師生教學相長、互促共進，而且教師還能在互動過程獲得教學效果的實時反饋，從而精準推進教學改革。如建成了我國大陸首家TEAL智慧教室，推動了互交式教學[5]；建設了物理基本實驗能力訓練平臺、理論/實驗綜合教學平臺，提供了學生實踐平臺等[6]。深化教改的同時也會反哺教學，使該教育方法不斷優(yōu)化。

另一方面，南開大學的學生社團——思辨社在一整年的教學活動過程中提供了重要的學生團隊支撐。該社團均為有過PT經驗的學生，對宣講動員、題目解讀、答疑釋惑、中期檢查和最后現(xiàn)場交流時的技術支持和志愿服務，進行全程監(jiān)督和協(xié)助，實現(xiàn)了老生帶新生，學習方法、技巧和經驗等的傳承。學生在PT教學中逐漸發(fā)揮了主導作用。

1.2.3 檢驗階段

由于研究題目均來源于生活、開放性強、無唯一答案，因此我們選取現(xiàn)場辯論的形式對學生進行教學考核。比賽中學生就各自的研究結果進行學術匯報、質疑辯論、互動點評，進而討論研究結果的正確性。裁判教師根據學生的研究工作和現(xiàn)場展示，給予評價和建議。

利用第2年5～7月中旬的一個周末，舉辦南開大學物理學術競賽(Nankai Physics Tournament—NKPT)的教學活動。以15支參賽隊伍為例，需要 5間教室，每間教室有3支隊參加。就每個隊伍而言，需要參加5輪比賽，每一輪比賽中和其他兩個隊伍一起，分別以正方、反方和評論方的角色完成3個階段的比賽。每個階段中，就一個題目，正方進行陳述(類似學術匯報)，包括解決方案的物理概念、實驗設計、實驗結果、理論分析、討論和結論。反方要總結正方報告的優(yōu)缺點，并和正方就其研究工作進行辯論。評論方要總結正方和反方的優(yōu)缺點，并提出自己的見解。評審團老師在提問環(huán)節(jié)后打分，整個階段用時55分鐘。一輪比賽大約需要3個小時，每隊要完成5輪比賽。這一階段充分展現(xiàn)了學生交流和團隊合作能力。

1.2.4 平臺交流階段

相同的研究題目易于在中學之間、大學之間、大中學之間開展廣泛的師生交流。2010年，南開大學在國內外物理同仁的鼓勵下，聯(lián)合國內12家高校共同發(fā)起了首屆中國大學生物理學術競賽(China Undergraduate Physics Tournament—CUPT)；2013年發(fā)起了首屆中國高中生物理創(chuàng)新競賽(China Young Physicists’ Tournament—CYPT)，建成了大學層面和中學層面的交流平臺。而且通過交流平臺，中學生可以觀摩大學生對研究問題的匯報、辯論，大學生也可聽取中學生對物理問題的不同認知。這種協(xié)同聯(lián)動發(fā)展的交流平臺，實現(xiàn)了大中學物理教育的緊密銜接和共同發(fā)展。與此同時，2009年，南開大學首次代表中國舉辦了第22屆IYPT[2]，此后作為IYPT在中國的負責學校，一直負責IYPT中國隊中學生的選拔、培訓和參賽，向世界展示了中國風采。

綜上所述，南開大學提出的銜接中學-大學物理綜合素質教育的模式實際上是一種包含了“綜合開放性題目，長程探究式學習，學術辯論式考核、平臺共享式交流”的整體化學生物理綜合素質的培養(yǎng)模式。其教學全程貫穿了學生綜合能力培養(yǎng)的一條主線；課程建設支撐、實踐平臺支撐、學生團隊支撐提供了學生實踐綜合能力提升的3大支撐平臺；大中學教學內容的“整體化”和“聯(lián)動性”，以及交流平臺的“互融性”實現(xiàn)了大中學物理教育的有效聯(lián)通。

2 教育模式的創(chuàng)新性

2.1 整體化教育教學模式創(chuàng)建

南開大學首次將國際青年物理學家錦標賽的理念引入中國，并立足于國家發(fā)展對優(yōu)秀物理人才的需求，深化拓展成為全方位、全過程的新時代中國物理人才培養(yǎng)教育模式，實現(xiàn)了理念本土化；以解決引人關注的實際物理問題為切入，以團隊合作、自主探究學習為手段，以團隊形式匯報成果、交流討論為考核方法，培養(yǎng)方式多效合一，實現(xiàn)了過程集成化；將科學精神、辯論精神和學術批判思維與教學過程深度融合，極大激發(fā)了師生興趣、活力和潛能，實現(xiàn)了學術思辨助燃創(chuàng)新之火、閃耀智慧之光，實現(xiàn)了教學活力化；2010年推廣至全國高校，2013年推廣至全國中學，為培養(yǎng)物理創(chuàng)新型人才提供了新途徑，得到國內外物理教育界的廣泛認可，實現(xiàn)了推廣普適化。

2.2 大中學物理教學有效銜接

大中學在教學理念、教學方法、培養(yǎng)目標上的一致性，可實現(xiàn)大學生與中學生，大中學教師間的互動研討，也易實現(xiàn)師生教學相長相助；物理教育資源共享和實驗室共建則進一步加強了大中學的合作；高校師資對中學進行幫扶，中學為高校輸送高質量的學生，連貫性的教育模式實現(xiàn)了人才培養(yǎng)的可持續(xù)性。這種相通相助、共建共享、互促互強的教育模式有效地銜接了大中學物理教育。

2.3 教學改革理念深入人心

該模式也激發(fā)了教師學習興趣和教改熱情，并促使教師角色轉換，形成了教師為引導、學生為主體的學習共同體，實現(xiàn)了教改精準施策出實招、靶向發(fā)力重實效、實時反饋常優(yōu)化，推動了素質教育導向的教改理念更加深入教育者的思想、融入教育者的實踐。

3 模式成果的推廣效果

3.1 廣泛實踐應用

據不完全統(tǒng)計，南開大學自2008年啟動的教育模式已在全國148所高校和15省市的112所優(yōu)質中學中開展，極大推動了我國物理素質教育。同時南開大學作為國際中學生和大學生物理學術競賽國際組委會委員，負責中國隊的選拔、培訓和參賽，在國際上發(fā)出響亮的中國聲音。

3.2 大學-中學緊密合作

模式激發(fā)了大中學的合作熱情，促進了各校的緊密聯(lián)系。如南開大學為中學生提供硬件資源開展實驗，青島二中同中國海洋大學的聯(lián)合培育計劃，人大附中與人民大學聯(lián)合承辦國際青年物理學家錦標賽等，達到了互利共贏的良好效果。

3.3 育人成效明顯

模式對學生后續(xù)發(fā)展起到了積極促進作用。以參加國際青年物理學家錦標賽的55名高中生為例見圖1，本科被MIT、哈佛大學、普林斯頓大學等國際知名大學錄取29名，被國內一流大學錄取21名，其他高中在讀；而大學生在其后的學習科研中表現(xiàn)出的綜合能力均比同期學生具有顯著優(yōu)勢。

圖1 IYPT中國國家隊高中生畢業(yè)去向統(tǒng)計(2008年—2018年)

3.4 師資水平提升

模式促進了教學團隊建設，帶動提升了師資水平。如南開大學應邀舉辦2016年全國物理學術競賽教學研討會和新形勢下中學物理課程改革暨大中學物理銜接研討會(2017)，來自全國113所大中學的355位教師參會交流；又如協(xié)助指導了模式在大中學的普遍開展，促進提升了一批教師的教學水平。

3.5 教改成果豐碩

模式促進了國內物理教學改革。如學術檢索顯示的相關教改論文有100余篇；各高校針對該模式開設了不同課程；一些高中建立了跨學科、跨年級的探究型教學體系；僅南開大學就獲得相關教改項目68項，其中國家級4項，省部級15項，經費總額達1068.5萬元，獲省部級獎項27項。

4 結語

銜接中學-大學的物理綜合素質教育模式贏得了廣泛關注。如葛墨林院士與時任教育部高教司司長張大良等有關領導出席了首屆中國大學生物理學術競賽；教育部物理類專業(yè)教學指導委員會秘書長劉玉鑫教授認為這是近年來教學改革中最有特色的項目；李川勇教授在美國物理學年會和中國物理學會秋季年會上就此所作的報告，引起國內外教育學家的普遍稱贊。銜接中學-大學的物理綜合素質教育模式經過10多年的探究與實踐，已經得到國內物理教育同仁的認可，將會為我國創(chuàng)新性拔尖型人才培養(yǎng)提供一種新的思路，實現(xiàn)我國教育的內涵式發(fā)展。